Použitie kondenzátorov na kompenzáciu jalového výkonu domácich záťaží

Spomedzi mnohých faktorov ovplyvňujúcich účinnosť systému napájania (SES) je jedno z prioritných miest obsadené problém s kompenzáciou jalového výkonu (KRM). Avšak v užívateľských distribučných sieťach, ktoré obsahujú väčšinou jednofázové, individuálne spínané záťaže, sú zariadenia KRM stále nedostatočne využívané.

Predtým sa verilo, že kvôli relatívne krátkym napájačom mestských distribučných sietí nízkeho napätia, malým (kVA blokom) pripojeným výkonom a rozloženiu záťaže pre nich problém PFC neexistuje.

Napríklad v kapitole 5.2 [1] je napísané: «pre obytné a verejné budovy sa neposkytuje kompenzácia reaktívneho zaťaženia.» Ak vezmeme do úvahy, že za posledné desaťročie sa spotreba elektriny na 1 m2 bytového sektora strojnásobila, priemerná štatistická kapacita výkonových transformátorov mestských komunálnych sietí dosiahla 325 kVA a oblasť využitia výkonu transformátora sa posunula nahor a je v rozmedzí 250 … 400 kVA [2], potom je toto tvrdenie otázne.

Spracovanie grafov zaťaženia vyhotovených pri vchode do obytného domu ukazuje: počas dňa sa priemerná hodnota účinníka (cosj) pohybuje od 0,88 do 0,97 a po jednotlivých fázach od 0,84 do 0,99. V súlade s tým sa celková spotreba jalového výkonu (RM) pohybuje od 9 ... 14 kVAr a fáza po fáze od 1 do 6 kVAr.

Obrázok 1 zobrazuje graf dennej spotreby RM pri vchode do obytnej budovy. Ďalší príklad: evidovaná denná (10.6.2007) spotreba činnej a jalovej elektriny v TP mestskej siete Sizran (STR-RA = 400 kVA, odberatelia elektriny sú väčšinou jednofázové) je 1666,46 kWh a 740,17 kvarh. (vážená priemerná hodnota cosj = 0,91 — rozptyl od 0,65 do 0,97) aj pri zodpovedajúcom nízkom zaťažení transformátora — 32 % počas špičkových hodín a 11 % počas minimálnych hodín merania.

Vzhľadom na vysokú hustotu (kVA / km2) energetického zaťaženia vedie neustála prítomnosť reaktívnej zložky v energetických tokoch SES k významným stratám elektriny v distribučných sieťach veľkých miest a potrebe ich kompenzovať. prostredníctvom dodatočných zdrojov výroby.

Zložitosť riešenia tohto problému je do značnej miery spôsobená nerovnomerným odberom RM v jednotlivých fázach (obr. 1), čo sťažuje použitie tradičných pre priemyselné siete inštalácie KRM na báze trojfázových kondenzátorových bánk riadených regulátorom inštalovaným v jednej fáz kompenzovanej siete.

Skúsenosti našich zahraničných kolegov sú zaujímavé pri zvyšovaní výkonovej rezervy mestských tepelných elektrární. Najmä vývoj elektrárenskej distribučnej spoločnosti Edeinor S.A.A. (Peru) (je súčasťou skupiny Endesa (Španielsko), ktorá sa špecializuje na výrobu, prenos a distribúciu elektriny v niekoľkých juhoamerických krajinách), podľa KRM v distribučných sieťach nízkeho napätia v minimálnej vzdialenosti od spotrebiteľov [3]. Na objednávku spoločnosti Edeinor S.A.A., jeden z najväčších výrobcov nízkonapäťových kosínusových kondenzátorov – EPCOS AG, uviedol na trh sériu jednofázových kondenzátorov HomeCap [4], vhodných pre malé energetické záťaže.

Nominálna kapacita kondenzátorov HomeCap (obr. 2) sa pohybuje od 5 do 33 μF, čo umožňuje kompenzovať indukčnú zložku PM od 0,25 do 1,66 kVAr (pri sieťovom napätí 50 Hz v rozsahu 127. 380 V).

Vystužený polypropylénový film sa používa ako dielektrikum, elektródy sú vyrobené striekaním kovu — technológiou MKR (Metallised Polypropylene Kunststoff). Vinutie sekcie je štandardne okrúhle, vnútorný objem je vyplnený netoxickou polyuretánovou zmesou. Ako všetky kosínusové kondenzátory od EPCOS AG, aj kondenzátory HomeCap majú vlastnosť „samoliečenia“ v prípade lokálneho zničenia platní.

Valcový hliníkový kryt kondenzátorov je izolovaný teplom zmrštiteľnou polyvinylovou trubicou (obr. 2) a vývody lopatiek dvojitej elektródy sú prekryté dielektrickým plastovým uzáverom (stupeň ochrany IP53), čím je zaručená úplná bezpečnosť pri prevádzke v domáce prostredie potvrdené príslušným certifikátom normy UL 810 (americké bezpečnostné laboratóriá).

Zabudované zariadenie, ktoré sa aktivuje pri prekročení pretlaku vo vnútri plášťa, automaticky vypne kondenzátor v prípade prehriatia alebo lavínového kolapsu sekcie. Priemer kondenzátorov HomeCap je 42,5 ± 1 mm a výška v závislosti od hodnoty menovitej kapacity je 70 ... 125 mm. Vertikálne predĺženie krytu kondenzátora, v prípade ochrany proti nadmernému vnútornému tlaku, nie viac ako 13 mm.

Kondenzátor sa pripája dvojžilovým flexibilným káblom s prierezom 1,5 mm2 a dĺžkou 300 alebo 500 mm [4]. Prípustné zahrievanie izolácie káblov - 105 ° C.

Prevádzka kondenzátorov HomeCap je možná v interiéri pri teplote okolia -25 … + 55 °C. Odchýlka menovitej kapacity: -5 / + 10%. Aktívne straty výkonu nepresahujú 5 wattov na kvar. Garantovaná životnosť až 100 000 hodín.

Upevnenie kondenzátorov HomeCap na montážny povrch sa vykonáva pomocou svorky alebo skrutky (M8x10) pripojenej k spodnej časti.

Na obr. 3. znázorňuje inštaláciu kondenzátora HomeCap v meracom boxe. Kondenzátor (v pravom dolnom rohu) je pripojený na svorky elektromera

Kondenzátory HomeCap sú vyrábané v plnom súlade s požiadavkami IEC 60831-1 / 2 [4].

Podľa Edeinor SAA [3] inštalácia kondenzátorov HomeCap s celkovou kapacitou 37 000 kvar v 114 000 domácnostiach v okrese Infantas v severnej Lime zvýšila vážený priemerný účinník distribučnej siete z 0,84 na 0,93, čím sa ušetrilo približne 280 kWh na rok .za každú pripojenú kVAr RM alebo spolu cca 19 300 MWh ročne. Okrem toho, berúc do úvahy kvalitatívne zmeny v charaktere zaťaženia domácnosti (prepínanie napájania elektrických spotrebičov, aktívne predradníky energeticky úsporných žiaroviek), skreslenie sínusoidy sieťového napätia, súčasne s pomocou kondenzátorov HomeCap bolo možné znížiť úroveň harmonických zložiek — THDU v priemere o 1 %.

Na rozdiel od mestských, potreba RPC pre vidiecke nízkonapäťové distribučné siete nebola nikdy spochybnená [5] kvôli aktívnej spotrebe energie na prenos RM cez rozšírené otvorené (stromovité) vysokonapäťové vedenie (OHL ) s napätie 6 (10) kV je najvyššie [6]. Nedostatočný pomer prostriedkov KRM k pripojenej kapacite elektrických prijímačov sa zároveň vysvetľuje čisto ekonomickými dôvodmi. Preto je pre SPP vidieckych verejných služieb a domácností a malých (do 140 kW) priemyselných používateľov prioritou otázka výberu najlacnejšej verzie KRM.

Jednou z technických ťažkostí pri praktickej implementácii odporúčania 80 % RPC priamo vo vidieckych nízkonapäťových sieťach [5] je nedostatok kondenzátorov vhodných na inštaláciu nadzemných vedení.Podľa výpočtov je priemerná hodnota zostatkovej (neumožňujúcej prekompenzáciu) RM pri prenose nad VN 0,4 kV s činným výkonom 50 kW pre zmiešanú, s prevahou (viac ako 40 %) úžitkovej záťaže 8 kvar. , preto by optimálna nominálna RM takýchto kondenzátorov mala byť v rozmedzí niekoľkých desiatok kvar.

Zoberme si systém KRM používaný na nadzemných vedeniach nízkonapäťových sietí v Jaipur (Rajasthan, India) elektrárenskou spoločnosťou Jaipur Vidyut Vitran Nigam Ltd na základe kondenzátorov série PoleCap® (obr. 4) vyrábaných spoločnosťou EPCOS AG [7] . Monitoring SPP, obsahujúci cca 1000 MVA s inštalovaným výkonom 4600 transformátorov 11 / 0,433 kV s jedným výkonom 25-500 kVA ukázal: letné zaťaženie transformátorov bolo 506 MVA (430 MW), zimné — 353 MVA (300 MW); vážený priemer cosj — 0,85; celkové straty (2005) — 17 % objemu dodávky elektriny.

V priebehu pilotného projektu KRM bolo inštalovaných 13375 kondenzátorov PoleCap v pripojovacích uzloch k transformátorom nízkeho napätia, priamo na podperách nadzemných vedení 0,4 kV, s celkovým RM 70 MVAr. Vrátane: 13000 5 kvar kondenzátorov; 250 — 10 kvar; 125 – 20 m2. V dôsledku toho sa hodnota cosj zvýši na 0,95 a straty sa znížia na 13 % [7].

Tieto kondenzátory (obr. 4 a obr. 5) sú modifikáciou osvedčeného typu kovovo-vrstvových kondenzátorov vyrobených technológiou MKR / MKK (Metalized Kunststoff Kompakt) [8] - súčasne zväčšujú plochu a zväčšujú el. pevnosť vrstvy kontaktná metalizácia elektród v dôsledku kombinácie plochého a vlnitého rezu okrajov fólie, kladenej s malým posunom ohybov, charakteristických pre technológiu MKR.Okrem toho séria PoleCap obsahuje množstvo trojfázových kondenzátorov PM 0,5 ... 5 kVAr, vyrobených podľa tradičnej technológie MKR [8].

Vylepšenia základnej konštrukcie kondenzátorov série MCC umožnili priamo (bez prídavného puzdra) inštalovať kondenzátory PoleCap vonku, vo vlhkých alebo prašných miestnostiach. Telo kondenzátora je vyrobené z 99,5 % hliníka a je naplnené inertným plynom.

Obrázok 5 zobrazuje:

• odolný plastový kryt (položka 1);

• Verzia so svorkovnicou (poz. 8) je hermeticky uzavretá, obklopená plastovým krúžkom (pol. 5) a naplnená epoxidovou zmesou (pol. 7) a poskytuje stupeň krytia IP54.

Spojenie (obr. 5) sa vykoná utesnením tesnenia kábla (pozícia 2) z troch jednožilových 2-metrových káblov (pozícia 3) a keramického modulu vybíjacích odporov (pozícia 6) zalisovaním a spájkovaním kontaktných spojov.

Pre pohodlie vizuálna kontrola aktivuje sa pretlaková ochrana, na predĺženej časti krytu kondenzátora sa objaví jasne červený pás (pozícia 4).

Maximálny prípustný rozdiel v teplote okolia je -40 ... + 55 ° C [8].

Je potrebné poznamenať, že keďže kondenzátory KRM musia byť chránené proti skratovým prúdom (PUE Ch.5), zdá sa byť vhodné zabudovať do puzdra kondenzátorov HomeCap a PoleCap poistky, ktoré sa spúšťajú pri poruche sekcie.

Skúsenosti KRM s inžinierskymi sieťami v rozvojových krajinách s vysokou úrovňou sieťových strát ukazujú, že aj jednoduché technické riešenia – použitie neregulovaných batérií špeciálnych typov kosínusových kondenzátorov – môžu byť ekonomicky veľmi efektívne.

Autor článku: A.Shishkin

Literatúra

1. Pokyny na projektovanie mestských elektrických sietí RD 34.20.185-94. Schválené: Ministerstvom palív a energetiky Ruskej federácie dňa 7. 7. 94, RAO «UES Ruska» dňa 31. 5. 94. Vstúpilo do platnosti dňa 1. 1. 95.

2. Ovchinnikov A. Straty elektriny v distribučných sieťach 0,4 ... 6 (10) kV // Novinky z elektrotechniky. 2003. č. 1 (19).

3. Korekcia účinníka v elektrických sieťach Peru // EPCOS COMPONENTS #1. 2006

4. Kondenzátory HomeCap pre korekciu účinníka.

5. Smernice pre výber prostriedkov regulácie napätia a kompenzácie jalového výkonu pri projektovaní poľnohospodárskych zariadení a elektrických sietí na poľnohospodárske účely. M.: Selenergoproekt. 1978

6. Shishkin S.A. Jalový výkon spotrebiteľov a sieťové straty elektriny // Úspora energie č.4.2004.

7. Jungwirth P. Korekcia účinníka na mieste // KOMPONENTY EPCOS č. 4. 2005

8. PoleCap PFC kondenzátory pre externé nízkonapäťové PFC aplikácie. Vydáva EPCOS AG. 03/2005. Číslo objednávky. EPC: 26015-7600.